发布时间：2022-08-13 10:54:19
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导读：G20Cr2Ni4A钢作为轴承行业常用的渗碳轴承钢，被广泛用于制造轧机轴承、矿山机械、重型车辆轴承、风电主轴轴承等，工作时不仅需承受高负荷，而且承受高的冲击和耐磨性能。
随着我国装备制造业的发展，要求轴承应用于极寒的工作环境;同时要求轴承在使用维护过程中，确保其套圈重新研磨后而不损失其表面的高硬度。因此G20Cr2Ni4A渗碳钢制轴承热处理的内在质量，除了满足行业标准《JB/T8881--2011滚动轴承零件渗碳热处理技术条件》规定的58～63HRC要求外，对材料在一定条件下的力学性能数据，也明确的提出了要求。不仅提供材料渗碳后的机械性能，也要提供深冷处理后的机械性能。而现有的技术资料缺乏深冷处理的机械性能数据，因此通过研究G20Cr2Ni4A钢经深冷处理与未深冷处理组织和性能的变化规律，满足用户的关注需求，具有重要的实际生产意义。
表1 G20Cr2Ni4A钢的主要化学成分（质量分数，%）
| 元素 | C | Mn | Si | Cr | Mo | Ni | S | P |
| 实测值 | 0.20 | 0.45 | 0.25 | 1.5 | 0.01 | 3.35 | 0.002 | 0.003 |
| 标准值 | 0.17～0.23 | 0.30～0.60 | 0.15～0.40 | 1.25～1.75 | ≤0.08 | 3.25～3.75 | ≤0.020 | ≤0.020 |
试验方法
在HR.150洛氏硬度计上测量冲击试样硬度;用金相显微镜观察显微组织;利用ZDC2302N-3金属摆锤冲击试验机测定不同处理条件下冲击功A。在W.300液压式万能材料试验机上进行拉伸试验。
试验结果
力学性能试验工艺方案
深冷处理的温度为低于-130℃，考虑到本次试验的热加工条件，因此深冷处理选择在液氮中进行，温度为-196℃，性能试验的方案见表2。渗碳过程按照G20Cr2Ni4A钢产品的加工工艺规范进行，二次淬火及随后的低温回火采用与产品的低温回火规范相同。据资料报道以及其它工艺试验表明，深冷处理按排在二次淬火后低温回火前，深冷效果较好。为了保证试验的数据准确性，拉伸试样和冲击试样按试验方案表2进行试验，其中每个工艺条件下分别进行两组试验，每组试验是一个拉伸试样，三个冲击试样。
表2 试样的冷处理和深冷处理工艺
| 处理状态 | 工艺1 | 工艺2 | 工艺3 |
| 930℃ | 淬火加热800℃，时间35min;N32油冷2min;空气冷却25min。 | 淬火加热800℃，时间35min;N32油冷2min;-196℃液氮深冷30min，空气冷却25min。 | 淬火加热800℃，时间35min;N32油冷2min;-196℃液氮深冷60min，空气冷却25min。 |
| 未渗碳 | 工艺同上 | 工艺同上 | 工艺同上 |
不同深冷试验对渗碳钢组织和力学性能的影响
拉伸试验结果见表，冲击试验结果见表，冲击值为每组的平均值。从表可以看到，G20Cr2Ni4A渗碳钢无论是否进行深冷处理，其抗拉强度尺。均高于未渗碳试样;随着深冷处理时间的延长，抗拉强度R。均稍有增加。未渗碳试样各种状态的断面收缩率z、伸长率A均高于渗碳试样;而且它们的数值受深冷处理影响的变化幅度不大。从表可以看出，G20Cr2Ni4A渗碳钢的冲击性能试样无论是否进行深冷处理，其冲击功和冲击韧性均大大高于未渗碳试样的冲击功及冲击韧性。随着深冷处理时间的延长，其冲击功和冲击韧性均稍有减少。
热处理技术与装备
深冷处理，在金相显微镜下500倍观察深冷处理前后试样的表层组织，均由板条状马氏体、贝氏体和少量铁素体组成，其组织形貌没有差别，是工艺3试验条件下，渗碳冲击试样深冷处理前后表层组织的变化，渗层组织均由隐晶马氏体和残余奥氏体组成，显然深冷处理前后光学显微组织没有发生明显变化。对于本次性能试验而言，渗碳试样无论是拉伸试样还是冲击试样，从表面到心部都是全部渗透的。按照JB/T8881—2011滚动轴承零件渗碳热处理技术条件，G20Cr2Ni4A渗碳钢的表面层组织及心部组织在500倍下评定，符合JB/T8881—2011规定组织的技术要求。
表3 拉伸试样检验结果
| 试样状态 | 渗碳试样 | 未渗碳试样 | ||||
| 抗拉强度Rm/MPa | 拉长率A/% | 收缩率Z/% | 抗拉强度Rm/MPa | 伸长率A/% | 收缩率Z/% | |
| 工艺1（未深冷） | 1780 | 1.5 | 0 | 1565 | 12 | 56 |
| 1788 | 1.4 | 0 | 1565 | 12 | 56 | |
| 工艺2（深冷30min） | 1785 | 1.5 | 0 | 1560 | 12 | 50 |
| 1785 | 1.5 | 0 | 1568 | 11 | 50 | |
工艺2（深冷30min） | 1785 | 1.5 | 0 | 1570 | 10 | 56 |
| 1790 | 1.6 | 0 | 1575 | 10 | 54 | |
表4 冲击试样检验结果
| 试样状态 | 渗碳试样 | 未渗碳试样 | ||
| 冲击韧性K/J•cm-2 | 冲击功Aku2/J | 冲击韧性K/J•cm-2 | 冲击功Aku2/J | |
| 工艺1（未深冷） | 22.8 | 21.44 | 113.32 | 90.66 |
| 25.6 | 20.48 | 110.11 | 88.01 | |
| 工艺2（深冷30min） | 23.3 | 18.60 | 107.78 | 86.23 |
| 23.1 | 18.48 | 106.26 | 85.01 | |
| 工艺2（深冷30min） | 21.5 | 17.2 | 98.23 | 78.59 |
| 20.5 | 16.4 | 97.22 | 77.8 | |
图3 深冷处理前后渗碳G20Cr2Ni4A钢表层组织形貌
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